Unexpected Role of the Interlayer “Dead Zn2+” in Strengthening the Nanostructures of VS2 Cathodes for High‐Performance Aqueous Zn‐Ion Storage

材料科学 插层(化学) 离子 水溶液 阴极 氧化还原 电池(电) 电化学 化学工程 无机化学 纳米技术 电极 冶金 物理化学 化学 功率(物理) 物理 有机化学 量子力学 工程类
作者
Yan Tan,Shengwei Li,Xudong Zhao,Yao Wang,Qiuyu Shen,Xuanhui Qu,Yongchang Liu,Lifang Jiao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (19) 被引量:141
标识
DOI:10.1002/aenm.202104001
摘要

Abstract Layered VS 2 holds great potential as a cathode material for aqueous Zn‐ion batteries owing to its large interlayer spacing, high electrical conductivity, and the rich redox chemistry of vanadium. Nevertheless, structural instability during charge/discharge severely hinders the further development of VS 2 cathodes. Herein, distinctive hierarchitectures of 1T‐VS 2 nanospheres assembled by nanosheets, which feature abundant active sites, superior electron/ion transport property, and robust structure, are developed. More intriguingly, Zn 2+ “pillars” residing in VS 2 interlayers, achieved by controlling the charge cut‐off voltage are first proven to reinforce the layered structure of VS 2 upon repeated Zn 2+ insertion/extraction, redefining the commonly perceived “dead Zn 2+ ”. Hence, exceptional rate performance (212.9 and 102.1 mA h g −1 at 0.1 and 5 A g −1 , respectively) and ultralong cycling life (86.7% capacity retention over 2000 cycles at 2 A g −1 ) are obtained. The rapid and highly reversible Zn‐ion (de) intercalation behavior within the VS 2 nanospheres is verified by first‐principles computations and multiple ex‐situ characterizations. Finally, the flexible quasi‐solid‐state rechargeable Zn battery employing the tailored VS 2 cathode demonstrates great application prospects in wearable devices. This work provides new perspectives for prolonging the lifespan of layered Zn‐storage materials by simply modulating the charge/discharge processes.
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